共軛距可變的光刻投影物鏡、光刻方法
【專利摘要】一種共軛距可變的光刻投影物鏡、光刻方法，該共軛距可變的光刻投影物鏡的構成沿物平面至像平面的光軸方向順次包括由第一透鏡、第二透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡構成的第一組合透鏡組、孔徑光闌、由第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡構成的第二組合透鏡組，第一組合透鏡組的后焦點、孔徑光闌的中心和第二組合透鏡組的前焦點三者重合構成雙遠心光路。本發明可以有效地實現待曝光HDI基板厚度變化達到0.025mm～3mm，可以有效的在共軛距變化范圍內很好地校正波像差、畸變等，實現良好的成像質量。
【專利說明】共軛距可變的光刻投影物鏡、光刻方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光刻投影，特別是一種共軛距可變的光刻投影物鏡、光刻方法。
【背景技術】
[0002]電子產品的功能日趨復雜化，集成電路元件接點距離隨之減小，而信號傳送速度則相對提高，隨之而來的是接線數量的提高、接點間配線的長度縮短，對于印刷電路板(PCB)這些需求就需要采用高密度線路配置及微孔技術來解決。因而電路板就由單層雙面板走向多層化，又由于信號線不斷增加，必須設計更多的電源層與接地層，這樣就更加普遍地采用多層電路板。為了配合電子元件封裝的小型化及陣列化，印刷電路板就需要不斷地提高密度。各種先進封裝形式，例如BGA (Ball Grid Array)、CSP (Chip ScalePackage)、DCA (Direct Chip Attachment)等的出現,促使印刷電路板推向前所未有的高密度階段。一般將這種電路板稱為高密度互連板，或直接稱為HDI板(HDI，High DensityInterconnection)。HDI板目前廣泛應用于手機、數碼相機、數碼攝像機、MP3、MP4、筆記本電腦、汽車電子和其它數碼產品中，其中以手機的應用最為廣泛。HDI板(用于第三代移動通信的3G板、集成電路IC載板)代表著PCB的技術發展方向。在本發明中，HDI板習慣地稱為HDI基板。
[0003]目前，用于加工HDI板的光刻設備領域，采用激光直接成像(LDI)光刻技術的以色列Orbotech公司占有最大的市場份額。在2007年5月的日本展會上,Orbotech公司宣稱安裝了約250臺設備，在2008年I月宣稱安裝了約350臺設備。Orbotech公司的LDI光刻設備的最小線寬由50 μ m，提高到25 μ m，甚至到12 μ m。而其他LDI光刻設備主要是由日本公司提供，如Pentax公司、FUJIFILM公司、Dainippon Screen公司、HITACHI公司等,這些LDI光刻設備最小線寬也達到了 10 μ m量級。因此，這些LDI光刻設備對能提供最小線寬為IOym光刻投影物鏡的需要急劇增加。
[0004]為了提高產率(Throughput)，目前的半導體光刻設備一般采用兩個工件臺的方法，目前的半導體光刻設備一般僅采用一個投影物鏡，而其加工對象(例如8英寸硅片、或12英寸硅片)的名義厚度是不變的，這樣投影物鏡共軛距的設計是固定不變的，而在各種不同工藝條件、各種不同照明設置、各種不同曝光圖形等條件下，投影物鏡的最佳焦面是不同的，一般變化范圍是比較小的，一種解決方法是測量得到投影物鏡最佳焦面的位置，通過驅動工件臺來補償最佳焦面的變化；另一種解決方法是在投影物鏡內部設計有可動組元，通過驅動可動組元來補償最佳焦面的變化，這相當于變倍光學系統，或者稱為變焦光學系統，一般可動組元的變化范圍是比較小的，為微米量級，可補償的焦面變化也是比較小的，為微米量級。
[0005]同樣為了提高產率(Throughput),新近開發的LDI光刻設備一般米用多個光刻投影物鏡的方法，例如6個、8個等，而僅采用一個工件臺。這些多個投影物鏡可以設計成共軛距相同，并且安裝調節、測量校準為共軛距一致的系統，其焦面變化可以通過工件臺的移動來補償，也可以通過投影物鏡自身的調節來補償，這些可補償的焦面變化也是比較小的。LDI光刻設備的加工對象，例如HDI板，目前已經從十幾層發展到幾十層，例如50層、70層等，其厚度的變化范圍很大，例如板厚從0.025mm變化到3mm。在一臺LDI光刻設備上完成多種厚度HDI板的曝光，沿用前面提到的補償技術有相當的挑戰性，例如，當板厚變化達到3_時，難以保證這多個投影物鏡焦面變化一致，并由工件臺的移動同時補償，另外采用驅動物鏡內部可動組元的補償辦法也將使機械結構設計十分復雜并難以實現。
[0006]這樣，用一臺LDI光刻設備完成多種不同厚度HDI板的曝光，滿足HDI基板厚度變化的需求，應該設計成工件臺不需要補償機構。另外，作為曝光圖形產生裝置的掩模版，例如DMD (數字微鏡陣列)，也應該設計成固定不動的。這樣，當曝光不同厚度的HDI基板時，基板厚度的變化意味著投影物鏡共軛距的變化，這與一般的變焦物鏡是不同的，當變焦物鏡變焦時一般共軛距是保持不變的。
[0007]中國專利CN98113037.2 (公告日:2003年7月23日)給出了 一種像方遠心雙高斯光學系統，適用于精密光學儀器的成像物鏡。該專利給出了物鏡設計數據，并給出了成像質量，但是成像質量不能滿足印刷電路板(PCB)光刻設備投影光學系統的技術要求，而且還有2個膠合面，也不符合光刻的技術要求。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種共軛距可變的光刻投影物鏡，所述的共軛距可變的光刻投影物鏡用于印刷電路板(PCB)激光直接成像(LDI)光刻設備，提供一種采用所述共軛距可變的光刻投影物鏡的光刻方法。它不僅能用一臺LDI光刻設備完成多種不同厚度HDI板的曝光，滿足基板厚度變化的需求，而且物鏡共軛距變化時嚴格滿足成像質量的要求。
[0009]本發明的目的是這樣實現的:
[0010]一種共軛距可變的光刻投影物鏡，沿物平面至像平面的光軸方向順次包括由第一透鏡、第二透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡構成的第一組合透鏡組、孔徑光闌、由第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡構成的第二組合透鏡組，其特征在于，所述的第一透鏡、第二透鏡、第七透鏡、第八透鏡具有正光焦度，第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡具有負光焦度，所述的第一透鏡、第七透鏡、第八透鏡為雙凸透鏡，第三透鏡為雙凹透鏡，第二透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡為凹面朝向像平面的彎月透鏡，所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡選用冕牌玻璃，第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡選用火石玻璃，第七透鏡、第八透鏡選用冕牌玻璃，所述的第一組合透鏡組的后焦點、孔徑光闌的中心和第二組合透鏡組的前焦點三者重合構成雙遠心光路。
[0011]所述的每一透鏡的光學表面均為球面。
[0012]所述的共軛距可變的光刻投影物鏡的物方和像方的遠心度都小于0.5mrad。
[0013]所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡采用ZK9光學玻璃，第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡采用ZFlO光學玻璃，第七透鏡、第八透鏡采用ZKll光學玻璃。
[0014]將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向遠離物平面移動，或者靠近物平面移動，實現共軛距的變化，實現共軛距的變化達到3mm。
[0015]一種用于印刷電路板光刻領域的LDI光刻設備，其特點在于，所述的LDI光刻設備采用一個共軛距可變的光刻投影物鏡，所述的待曝光的HDI基板厚度變化范圍為
0.025mm ?3mm 之間。[0016]一種用于印刷電路板光刻領域LDI光刻設備的光刻方法，其特點在于，該方法包括步驟如下:
[0017]①按下列公式計算所述的待曝光HDI基板厚度和所述的共軛距可變的光刻投影物鏡的物距變化:
[0018]物距變化=-1.273 X基板厚度+1.91 ；
[0019]②調整:
[0020]如果步驟①得到物距變化是正數，則將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向遠離物平面移動所述的物距變化；
[0021]如果步驟①得到物距變化是負數，則將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向靠近物平面移動所述的物距變化；
[0022]③對HDI基板曝光。
[0023]本發明具有以下的優點和積極效果:
[0024]1、本發明的共軛距可變的光刻投影物鏡采用雙遠心光路結構，并且遠心度小于
0.5mrad,可以有效地實現共軛距變化達到3mm ；
[0025]2、本發明的共軛距可變的光刻投影物鏡采用正負光焦度平衡匹配，可以有效的在共軛距變化范圍內很好的校正波像差、畸變等，實現良好的成像質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的共軛距可變的光刻投影物鏡的結構及光路圖；
[0027]圖2為本發明的共軛距可變的光刻投影物鏡實施例一調制傳遞函數MTF圖；
[0028]圖3為本發明的共軛距可變的光刻投影物鏡實施例二調制傳遞函數MTF圖；
[0029]圖4為本發明的共軛距可變的光刻投影物鏡實施例三調制傳遞函數MTF圖；
[0030]圖5為本發明的共軛距可變的光刻投影物鏡實施例四調制傳遞函數MTF圖；
[0031]圖6為本發明的共軛距可變的光刻投影物鏡實施例五調制傳遞函數MTF圖；
[0032]圖7為采用本發明共軛距可變的光刻投影物鏡的HDI基板厚度和物距變化關系擬合圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結合實施例和附圖對本發明的共軛距可變的光刻投影物鏡做進一步的詳細描述。
[0034]本發明共軛距可變的光刻投影物鏡所應用的LDI光刻設備，采用高功率半導體激光器，中心波長為405nm,帶寬為10nm。該光刻設備的最小線寬為10 μ m,如果工藝因子kl選擇>1.0(工藝比較容易實現)，這樣根據下面的公知公式選定像方數值孔徑NA為0.0432。
A
[0035]NA=L
CD
[0036]該LDI光刻設備要求物方視場直徑為26.53mm,像方視場直徑為12.28mm,放大倍率為1/2.16，共軛距為425mm，物方工作距>150mm，像方工作距>50mm。
[0037]該LDI光刻設備要求曝光的HDI基板厚度從0.025mm變化到3mm，確定光刻投影物鏡共軛距變化范圍為3mm,并約定1.5mm厚度基板對應于425mm共軛距，當基板厚度為3mm時，相當于共軛距減少了 1.5mm，對應于423.5mm共軛距，同理，當基板厚度為O時，相當于共軛距增加了 1.5mm,對應于426.5mm共軛距。
[0038]根據下面公知公式可以計算該光刻投影物鏡的成像焦深為217 μ m，HDI基板厚度變化范圍遠大于該焦深。
[0039]
【權利要求】
1.一種共軛距可變的光刻投影物鏡，沿物平面至像平面的光軸方向順次包括由第一透鏡、第二透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡構成的第一組合透鏡組、孔徑光闌、由第六透鏡、第七透鏡和第八透鏡構成的第二組合透鏡組，其特征在于，所述的第一透鏡、第二透鏡、第七透鏡、第八透鏡具有正光焦度，第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡具有負光焦度，所述的第一透鏡、第七透鏡、第八透鏡為雙凸透鏡，第三透鏡為雙凹透鏡，第二透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡為凹面朝向像平面的彎月透鏡，所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡選用冕牌玻璃，第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡選用火石玻璃，第七透鏡、第八透鏡選用冕牌玻璃，所述的第一組合透鏡組的后焦點、孔徑光闌的中心和第二組合透鏡組的前焦點三者重合構成雙遠心光路。
2.如權利要求1所述的共軛距可變的光刻投影物鏡，其特征在于，所述的每一透鏡的光學表面均為球面。
3.如權利要求1所述的共軛距可變的光刻投影物鏡，其特征在于，所述的共軛距可變的光刻投影物鏡的物方和像方的遠心度都小于0.5mrad。
4.如權利要求1所述的共軛距可變的光刻投影物鏡，其特征在于，所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡米用ZK9光學玻璃,第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡米用ZFlO光學玻璃,第七透鏡、第八透鏡采用ZKll光學玻璃。
5.一種共軛距可變的光刻投影物鏡的共軛距變化方法，其特征在于，將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向遠離物平面移動，或者靠近物平面移動，實現共軛距的變化，實現共軛距的變化達到3mm。
6.一種用于印刷電路板光刻領域的LDI光刻設備，其特征在于，所述的LDI光刻設備采用一個共軛距可變的光刻投影物鏡，所述的待曝光的HDI基板厚度變化范圍為0.025mm?3mm之間。
7.一種用于印刷電路板光刻領域LDI光刻設備的光刻方法，其特征在于，該方法包括步驟如下: ①按下列公式計算所述的待曝光HDI基板厚度和所述的共軛距可變的光刻投影物鏡的物距變化: 物距變化=-1.273 X基板厚度+1.91 ； ②調整: 如果步驟①得到物距變化是正數，則將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向遠離物平面移動所述的物距變化； 如果步驟①得到物距變化是負數，則將所述的共軛距可變的光刻投影物鏡整體沿著光軸方向靠近物平面移動所述的物距變化； ③對HDI基板曝光。
【文檔編號】G02B7/02GK103472574SQ201310422537
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】蔡燕民, 司徒國海, 步揚, 王向朝, 黃惠杰 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所